目的探究碳量子點對不同金屬在不同工況下的緩蝕性能,分析其在溶液中的作用方式,并提出對金屬的緩蝕機理模型,闡釋其與傳統(tǒng)緩蝕劑分子作用機制的差異。方法采用水熱法制備碳量子點,使用質(zhì)量損失掛片、電化學測試及表面分析手段,研究碳量子點對碳鋼和鋁合金分別在飽和CO₂鹽溶液和鹽酸溶液中的緩蝕性能。結(jié)果碳量子點對碳鋼和鋁合金的腐蝕具有明顯的抑制作用,質(zhì)量損失測試證實,當添加質(zhì)量濃度分別為50 mg/L和5 mg/L時,緩蝕效率可對應達到93%和86%。另外,陽極極化曲線段均出現(xiàn)明顯的脫附電位,證實碳量子點在電極表面存在明顯的吸附過程。微觀形貌表征揭示碳量子點在金屬界面形成了厚度超過100 nm的納米結(jié)構(gòu)保護膜,從而提升了表面疏水性能。不同時間下的電化學阻抗譜測試和熒光顯微觀察結(jié)果表明,其在溶液中的緩蝕作用達到穩(wěn)定所需時間明顯長于傳統(tǒng)的緩蝕劑,約為3 h。結(jié)論碳量子點是一種緩蝕性能優(yōu)異的納米材料緩蝕劑,獨特的組成結(jié)構(gòu)使其能在金屬表面吸附或鰲合成膜,特殊的熒光性質(zhì)為其吸附過程的原位表征提供來了新思路。 

【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

S-CDs合成示意

行原位觀察表征。3）電化學測試。采用傳統(tǒng)的三電極體系，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑片電極為輔助電極，在50℃條件下進行電化學測試。碳鋼和鋁合金的極化曲線掃描范圍相對于開路電位（OCP）分別為–100~200mV和–150~150mV，掃描速度為0.5mV/s。電化學阻抗譜測試（EIS）在OCP下進行，采用±5mV的交流信號為擾動信號，測試頻率范圍為100kHz~10mHz。2結(jié)果與分析2.1質(zhì)量損失測試將碳鋼和鋁合金試樣分別在添加不同濃度N,S-CDs條件下進行質(zhì)量損失測試，試樣腐蝕速率vcorr的平均值和誤差范圍以及緩蝕效率η如圖2所示。相對于空白條件，添加N,S-CDs后，碳鋼和鋁合金的腐蝕速率皆明顯減小，且緩蝕效率隨N,S-CDs濃度的增加而不斷增大。當N,S-CDs添加量較低時，緩蝕效率變化較明顯。繼續(xù)增大濃度后，緩蝕效率變化逐漸趨于平穩(wěn)。當添加量為50mg/L時，N,S-CDs對碳鋼在飽和CO2的3.5%NaCl溶液中的緩蝕效率可達到93%；當添加量為5mg/L時，N,S-CDs對鋁合金在0.1mol/LHCl溶液中的緩蝕效率可達到86%。2.2電化學測試2.2.1開路電位監(jiān)測在添加不同濃度N,S-CDs條件下，體系開路電位隨浸泡時間的變化如圖3所示。與常規(guī)分子緩蝕劑不同[16-17]，N,S-CDs在溶液中達到穩(wěn)定需要更長的時間。對于碳鋼，相比于空白條件下的開路電位，當添加不同濃度的N,S-CDs后，腐蝕電位明顯正移，且正移幅度與N,S-CDs的濃度成正比；但電位達到穩(wěn)定所需要的時間與N,S-CDs的濃度成反比，即N,S-CDs加入濃度越高，電位振蕩時間越短，這與濃度擴散效應有關(guān)。對于鋁合金而言，在腐蝕電位達到穩(wěn)定之前，出現(xiàn)了明顯的正移；而當腐蝕電位達到穩(wěn)定狀態(tài)時，含有N,S-CDs條件下的腐蝕電位比空白環(huán)境下的電位負移約30mV。隨著浸泡時間的延長和N,S-CDs濃度的?

值和誤差范圍以及緩蝕效率η如圖2所示。相對于空白條件，添加N,S-CDs后，碳鋼和鋁合金的腐蝕速率皆明顯減小，且緩蝕效率隨N,S-CDs濃度的增加而不斷增大。當N,S-CDs添加量較低時，緩蝕效率變化較明顯。繼續(xù)增大濃度后，緩蝕效率變化逐漸趨于平穩(wěn)。當添加量為50mg/L時，N,S-CDs對碳鋼在飽和CO2的3.5%NaCl溶液中的緩蝕效率可達到93%；當添加量為5mg/L時，N,S-CDs對鋁合金在0.1mol/LHCl溶液中的緩蝕效率可達到86%。2.2電化學測試2.2.1開路電位監(jiān)測在添加不同濃度N,S-CDs條件下，體系開路電位隨浸泡時間的變化如圖3所示。與常規(guī)分子緩蝕劑不同[16-17]，N,S-CDs在溶液中達到穩(wěn)定需要更長的時間。對于碳鋼，相比于空白條件下的開路電位，當添加不同濃度的N,S-CDs后，腐蝕電位明顯正移，且正移幅度與N,S-CDs的濃度成正比；但電位達到穩(wěn)定所需要的時間與N,S-CDs的濃度成反比，即N,S-CDs加入濃度越高，電位振蕩時間越短，這與濃度擴散效應有關(guān)。對于鋁合金而言，在腐蝕電位達到穩(wěn)定之前，出現(xiàn)了明顯的正移；而當腐蝕電位達到穩(wěn)定狀態(tài)時，含有N,S-CDs條件下的腐蝕電位比空白環(huán)境下的電位負移約30mV。隨著浸泡時間的延長和N,S-CDs濃度的增加，腐蝕電位逐漸變負，最大差別約為15mV。圖2在添加不同濃度N,S-CDs條件下的質(zhì)量損失測試結(jié)果Fig.2ResultsofweightlossmeasurementswithdifferentconcentrationofN,S-CDsfor(a)carbonsteel,(b)aluminiumalloy圖3在添加不同濃度N,S-CDs條件下OCP隨浸泡時間的變化Fig.3OCPversustime-variationcurvesunderdifferentconcentrationsofN,S-CDsfor(a)carbonsteel,(b)aluminiumalloy

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種新型胺基磷酸酯水溶緩蝕劑的合成及其緩蝕性能[J]. 李玲杰,張彥軍,楊耀輝,張紅磊,王志濤.  腐蝕與防護. 2019(09)
[2]二氧化碳腐蝕緩蝕劑及其緩蝕機理的研究進展[J]. 王夢,張靜.  表面技術(shù). 2018(10)
[3]原油與高壓CO2共存條件下咪唑啉緩蝕劑的作用行為研究[J]. 韓帥豪,岑宏宇,陳振宇,邱于兵,郭興蓬.  中國腐蝕與防護學報. 2017(03)
[4]咪唑啉季銨鹽的合成及其在CO2腐蝕環(huán)境中的緩蝕性能[J]. 趙景茂,尚洪帥,王帥東.  北京化工大學學報(自然科學版). 2012(05)



本文編號：3118439